Control of biogeochemical cycles by microbial pelagic communities under the influence of meso-scale physical perturbations
Régulation des cycles biogéochimiques par les communautés microbiennes pélagiques sous influence de perturbations physiques à méso-échelle
Résumé
Open-ocean convection episodes are recurrent winter physical processes, but irregular in intensity, with a strong disruptive effect on the pelagic ecosystem. My principal thesis objectives were to study the influence of the Northwestern Mediterranean convection on the biogeochemical cycles (nutrient distribution and assessment), and to evaluate their impacts on the microbial compartment (abundance, activity and diversity). This work was based on my active participation to the oceanographic cruises CASCADE (March 2011) and DeWEX (February and April 2013), which are incorporated in the framework of Mistral Mediterranean project (respectively in the WP3 and WP1 of MermEX program). We estimated that the nutrient supply by a single convection episode of “average-scale” was equivalent to the annual riverine discharges and atmospheric deposition in the golf of Lion. This could sustain a new primary production from 46 to 63 g C.m-2.a-1 (i.e. the annual new primary production rate of this area). A remote sensing approach allowed us to follow open-ocean convection episodes evolution, and to highlight the close relationship between this kind of physical forcing and the phytoplanktonic bloom development in the Northwestern Mediterranean. During the study of the impact of convection episodes on the role of microorganisms in the biogeochemical cycles regulation, we determined the influence of physical parameters and environmental factors on the modification of the microbial community diversity (pyrosequencing of Bacteria and Archaea), in relation with organic matter mineralization. Besides, we used convection mixing as a model to evaluate the ecological pertinence of SAR11, Marine group I and Marine Group II ecotypes, 3 taxonomic groups the most widespread and abundant in Mediterranean and in all the oceans. In a climate change context, my works allowed us to propose different coherent scenarios of the potential evolution of the Northwestern Mediterranean pelagic ecosystems. My study contribute to the understanding of the pelagic ecosystem evolution with the predictable modifications in frequency and/or intensity of open-ocean convection processes.
Les épisodes de convection en milieu hauturier sont des processus physiques hivernaux récurrents, mais irréguliers, ayant un fort pouvoir perturbateur sur l’écosystème pélagique. Les principaux objectifs de ma thèse ont été d’étudier l’influence d’épisodes de convection en Méditerranée Nord Occidentale sur les cycles biogéochimiques (distribution et bilan des sels nutritifs) et d’évaluer leurs impacts sur le compartiment microbien (abondance, activité et diversité). Ces travaux reposent sur mon implication active dans les campagnes océanographiques CASCADE (mars 2011) et DeWEX (février et avril 2013) qui s’inscrivent dans le cadre du chantier Méditerranée Mistrals (WP3 et WP1 respectivement du programme MermEX). Nous avons estimé que les apports en sels nutritifs lors d’un seul phénomène de convection de "moyenne envergure" étaient équivalents aux apports annuels des rivières et des dépôts atmosphériques à l’échelle du golfe du Lion, et pourraient soutenir une production primaire nouvelle de l'ordre de 46 à 63 g C.m-2.a-1 (i.e. l'ordre de grandeur de la production nouvelle annuelle de la zone). Une approche satellitale nous a permis de suivre l’évolution de plusieurs épisodes de convection et de mettre en évidence un étroit couplage entre ce type de forçage physique et le développement de blooms phytoplanctoniques en Méditerranée Nord Occidentale. Pour aborder le rôle des microorganismes dans la régulation des cycles biogéochimiques en réponse à ces épisodes de convection, nous avons identifié l’influence relative des forçages physico-chimiques sur les changements de diversité des communautés microbiennes (bactéries et archées identifiées par pyroséquençage), ceci en relation avec leur activité de reminéralisation de la matière organique. Nous avons également utilisé les épisodes de convection pour évaluer la pertinence écologique des écotypes de SAR11, Marine group I et Marine group II, les 3 groupes taxonomiques les plus répandus et abondants en Méditerranée et dans tous les océans du monde. Ces travaux ont permis de proposer des scénarii cohérents de l'évolution potentielle des écosystèmes pélagiques en Méditerranée Nord Occidentale dans un contexte de changement climatique global. En effet, mon étude est une contribution à la compréhension de la réponse potentielle des écosystèmes pélagiques à la modification attendue de la fréquence et/ou de l'intensité des processus de convection.
Origine : Version validée par le jury (STAR)